DE2106137A1

DE2106137A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2106137A1
Application number: DE19712106137
Authority: DE
Inventors: Barouh Vojtech Newton Highlands Mass Berkovits (VStA)
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1971-02-10
Publication date: 1971-08-19
Also published as: GB1328926A; DE2106137C2; US3635224A; JPS5122757B1

Description

Patentanwalt

8000 MUNCHEN-SOLLN

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 79 6213

AO 2843 München, 2. Februar 1971

sch

American Optical Corporation
14 Mechanic Street
Southbridge, Mass., V. St. A.

Herz schrittmacher

Priorität: 10. Feb. 1970; V.St.Α.;
Nr. 10225

Die Erfindung bezieht sich auf Herzschrittmacher und insbesondere auf solche Herzschrittmacher, die mit Sicherheitseinrichtungen gegen Batterieausfälle versehen sind.

Ein typischer implantierbarer Schrittmacher, der entweder
kontinuierlich oder bedarf sv/eise betrieben wird, enthält
eine Anzahl von in Reihe geschalteten Kleinbatterien. Die
unterschiedlichen Potentiale, die zur Vorspannung der verschiedenen in dem Schrittmacher vorgesehenen Transistoren be nötigt werden, können von entsprechenden Batterieverbindungs punkten abgeleitet werden. Es ist eine bekannte Erscheinung, daß die verschiedenen Batterien des Schrittmachers nicht mit der gleichen Geschwindigkeit altern. Es ist beispielsweise
möglich, daß das Potential einer Batterie auf einen sehr
kleinen Wert abfällt, ohne daß sich in den anderen Batterien irgendeine wesentliche Veränderung ergibt. Je nachdem, welche Batterie oder Batterien versagen, ist es bei einem typi-

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Bayerische Vereinsbank München 820993

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sehen bekannten Herzschrittmacher möglich, daß das Versagen selbst einer einzigen Batterie einen völligen Ausfall der Schrittmachertätigkeit zur Folge hat oder daß die Schrittmacherwiederholungsrate auf einen gefährlich hohen "Wert ansteigt.

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung für einen Herzschrittmacher zu schaffen, wobei das Versagen selbst mehrerer Batterien die Schrittmachertätigkeit nicht unterbricht und wobei die Schrittmacherwiederholungsrate nicht auf einen gefährlichen Wert ansteigen kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, bei der die Schrittmacherwiederholungsrate in gleichem Maß von allen Batterien abhängig ist, d. h. das Versagen irgendeiner Batterie bewirkt keine größere Veränderung als das Versagen irgendeiner anderen Batterie. (Es ist offensichtlich, daß sich in einem solchen Fall ein maximaler Schutz ergibt; es gibt keine Batterie, deren fortgesetztes Funktionieren für den Betrieb des Schrittmashers kritisch ist.)

Bei einem typischen Herzschrittmacher wird die Schrittmacherwiederholungsrate bestimmt durch das Laden und Entladen eines Kondensators zwischen einem minimalen Potential und einem maximalen Potential. Beispielsweise kann sich der Kondensator zu Beginn jedes TaktintervalIs entladen und kann sich von dem maximal verfügbaren Potential aufladen« Wenn sich der Kondensator auf ein Schwellenpotential auflädt, kann ein Reizimpuls erzeugt werden. Das Schwellenpotential ist im allgemeinen niedriger als das maximal verfügbare Potential

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der Einheit. Typischerweise werden das ladepotential und das Schwellenpotential dadurch erhalten, daß mehrere Batterien mit Abzweigungen an den Batterieverbindungspunkten in Reihe geschaltet werden.

Gemäß der Erfindung wird das ladepotential für die Zeittaktschaltung durch das Hintereinanderschalten mehrerer Batterien abgeleitet, wie es bei den bekannten Schrittmachern der Fall ist. Jedoch wird das niedrigere Schwellenpotential nicht von einer Abzweigung an einem der Batterieverbindungspunkte abgeleitet, sondern das ganze Ladepotential ist über einen aus einem Widerstand und einer Diode bestehenden Kreis verbunden. Der Schwellenwert wird durch das Potential am Verbindungspunkt des Widerstandes und der Diode bestimmt, wobei dieses Potential das gesamte Ladepotential abzüglich des Abfalls an der Diode ist. Ein Versagen von einer oder mehreren Batterien bewirkt, daß sowohl das Ladepotential als auch der Schwellenwert um den gleichen Betrag abfallen. Die Schrittmacherwiederholungsrate wird bestimmt durch das Verhältnis der beiden Potentiale.

Ein Versagen von selbst mehreren der Batterien bewirkt, daß das Potentialverhältnis und die Schrittmacherwiederholungsrate ansteigen, jedoch nicht in gefährlicher Weise. Es ist für den Betrieb des Systems nicht kritisch, daß irgendeine bestimmte Batterie fortgesetzt funktioniert. Außerdem gibt die Größe des Ansteigens der Schrittmacherwiederholungsrate dem Arzt eine Anzeige für die Anzahl der Batterien, welche versagt haben, und es ist daher ausreichend Zeit vorhanden, um Korrekturen vorzunehmen»

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Gemäß der Erfindung werden das Ladepotential und das Schwellenpotential für einen Impulsgenerator des Schrittmachers erhalten, indem eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batterien mit einem Yfiderstand-Dioden-Kreis in Brücke geschaltet wird, wobei das ganze Batteriekreispotential als Ladesp-annung für den Impuls Stromkreis und das Potential an der Verbindungsstelle des Widerstandes und der Diode als Schwellenwert-dient.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 einen Herzschrittmacher von der Art, bei

welcher das Schwellenpotential für den Ladekreis von einer Abzweigung der hintereinandergeschalteten Batterien abgeleitet wird (entspricht Fig. 1 der US-Patentanmeldung 727 129 vom 11. April 1968 der Anmelderin);

Figur 2 ein typisches EKG;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die in bezug auf die Schaltung von Fig. 1 notwendigen Veränderungen gezeigt sind;

Figur 4 mit größerer Deutlichkeit jenen Teil der

Schaltung von Fig. 3, in dem das Ladepotential (V-,) und das Schwellenpotential lV₂) erhalten werden;

Figur 5 ein Diagramm, das die Veränderungen der

Schrittmacherwiederholungsrate bei Änderungen des Gesamtpotentials der hintereinandergeschalteten Batterien zeigt.

Der in Fig. 1 gezeigte Herzschrittmacher kann kontinuierlich oder bedarfsweise betrieben werden. Elektroden El und E2 sind in das Herz des Patienten eingepflanzt, wobei die Elektrode E2 die neutrale Elektrode ist und die Elektrode El

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die Herzkammer stimuliert. Bei der Bedarfsbetriebsweise (wobei der Schalter S geöffnet ist) fließt nur dann Strom zwischen den Elektroden El und E2 zur Stimulierung der Herzkammern, wenn ein elektrischer Reizimpuls erforderlich ist. Bei der kontinuierlichen Betriebsweise (wobei der Schalter 3 geschlossen ist) werden Reizimpulse mit einer festen Wiederholungsrate erzeugt.

Der Kondensator 65 dient als Stromquelle, wenn ein Impuls er- £ forderlich ist. Wenn der Transistor T9 leitend ist, entlädt sich der Kondensator über die Elektroden. Der Kondensator 57 lädt sich über die Potentiometer 35 und 37 auf, bis die an ihm anliegende Spannung bewirkt, daß die Transistoren T7 und T8 leiten. Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich der Kondensator 57 über das Potentiometer 37 und die Transistoren T7 und T8, der Transistor T9 ist stromleitend, und es wird von dem Kondensator 65 dem Herzen des Patienten ein Impuls zugeführt. Die Einstellung des Potentiometers 37 steuert die Entladezeit des Kondensators 57, d. h. die Breite jedes Impulses. Die Einstellung des Potentiometers 35 (zusammen mit der Einstellung des Potentiometers 37) steuert die Zeit, die der Kondensator g 57 braucht, um auf denjenigen Wert aufzuladen, der eine % Stromleitung der Transistoren T7 und T8 bewirkt, d. h. also das Zeitintervall zwischen den Impulsen. Wenn der Transistor T6 nich"tyieitet (wenn beispielsweise der Schalter S geschlossen ist), findet ein kontinuierliches laden und Entladen des Kondensators 57 statt, und dem Herzen des Patienten werden Impulse in vorbestimmten Zeitintervallen zugeführt, welche durch die Einstellung der Potentiometer bestimmt sind.

Pur die Bedarfsbetriebsweise ist der Schalter S geöffnet, so daß der Transistor T6 leitet. Die Elektrode El ist über die leitung 11 mit der Basis des Transistors Tl über den Konden-

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sator 17 verbunden. Pig ο 2 zeigt ein repräsentatives EKG, und die Transistoren Tl und T2 verstärken das R-Zacken-Signal an der Elektrode El, das von einer Herzkammerkontraktion herrührt. (Übergroße Signale werden über die Zener-Diode 67 kurzgeschlossen, um eine Beschädigung des Transistors Tl zu verhindern.) Nach dem Auftreten einer R-Zacke wird der Basis des Transistors T6 ein positiver Impuls zugeführt. Der Transistor T6 wird leitend, und der Kondensator 57 entlädt sich über ihn. Obwohl der Kondensator dabei war, sich auf einen Wert aufzuladen, der in der Erzeugung eines Impulses resultiert hätte, wird er auf diese Weise entladen, und es beginnt ein neues Zeittaktintervallo Diese Anordnung gewährleistet, daß kein Impuls erzeugt wird, wenn ein natürlicher Herzschlag aufgetreten ist. Das Zeitintervall ist derart, daß das zwischen den erzeugten Impulsen liegende Intervall etwas größer ist als das erwünschte Intervall zwischen zwei natürlichen Herzschlägen. Ein Reizimpuls wird nur erzeugt, wenn kein natürlicher Herzschlag auftritt.

Die in der Schaltung verbleibenden Transistoren dienen dazu, ein Leiten des Transistors T6 bei Anwesenheit von Störsignalen zu verhindern. Es wäre sonst bei Anwesenheit von Störsignalen möglich, daß der Transistor T6 leitend wird und die Erzeugung eines Impulses verhindert, obwohl ein solcher verlangt wird. Wenn also der Schrittmacher Störsignale nachweist, wird ein Betrieb des Transistors T6 verhindert,und es werden Impulse mit einer festen Wiederholungsrate geliefert.

Wenn der Schalter S, wie gezeigt, geöffnet ist, arbeitet der Schrittmacher in der gerade beschriebenen Bedarfsbetriebsweise. Wenn jedoch der Schalter S geschlossen ist, wird die Basis des Transistors T6 auf dem Potential der leitung 9 gehalten. In einem solchen Fall werden über den Kondensator 53

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übertragene Impulse den Transistor nichtleitend machen. Der Kondensator 57 wird nicht über den Transistor T6 entladen, und jedesmal, wenn die Kondensatorspannung auf den Wert ansteigt, bei dem die Transistoren T7 und T8 leiten, wird ein Reizimpuls erzeugt. Auf diese V/eise arbeitet der Schrittmacher in der fortlaufenden Betriebsweise. Eine vollständige Beschreibung der Betriebsweise der Schaltung von Fig. 1 ist in der oben genannten US-Patentanmeldung gegeben«,

Der in Pig. I gezeigte Schrittmacher weist drei Batterien 3, 5 und 7 auf. Typischerweise ist die Batterie 3 mit 1,35 V und jede der Batterien 5 und 7 mit 2,70 V bemessen. (In der Praxis kann jede der in der Zeichnung gezeigten Batterien 5 und 7 aus zwei hintereinandergeschalteten Batterien bestehen, die jeweils mit 1,35 V bemessen sind.) Drei unterschiedliche Gleichspannungen werden in der Schaltung von Fig. 1 benötigt. Für die ordnungsgemäße Vorspannung der Basis des' Transistors Tl wird der Basis eine Spannung von 1,35 V über den Widerstand 15 augeleitet. Diese Spannung wird dadurch erhalten, daß die Spannung am Verbindungspunkt der Batterien 3 und 5 abgegriffen wird. Die Basis des Transistors T7 ist mit 4,05 V vorgespannt; sie ist direkt mit dem Verbindungspunkt der Batterien 5 und 7 verbunden. Das volle Potential von 6,75 V wird zum Vorspannen vieler der Transistoren (T3, T9 usw.) verwendet und auch als Ladestromquelle für den Kondensator 57, wobei der Ladestrom von der 6,75 V-Quelle durch die Widerstände 35 und 37, den Kondensator 57 und die Viiderstände 61 und 63 fließt.

Die Impulswiederholungsrate wird in erster Linie durch zwei Potentiale bestimmt, nämlich das Schwellenpotential an der Basis des Transistors T7 und das Ladepotential am oberen Ende des Potentiometers 35. Nach der Erzeugung eines Impulses

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und der Entladung des Kondensators 57 über die Transistoren T 7 und T8 hat die Spannung am Verbindungspunkt des Kondensators 57 und des Potentiometers 37 einen minimalen Wert. Das Basispotential des Transistors T7 ist größer als dessen Emitterpotential, und der Transistor bleibt nichtleitend. Während der Ladestrom fließt, steigt die Spannung am Kondensator 57, bis der Emitter des Transistors T7 eine ausreichende Spannung hat, so daß der Transistor leitend wird. Wenn man diesen Betrieb der Zeitschaltung beachtet, so kann gezeigt werden, daß ein Versagen einer oder mehrerer Batterien einen gefährlichen Zustand hervorrufen kann.

Es wird beispielsweise angenommen, daß die Batterie 7 versagt, d. h. daß die an ihr anliegende Spannung vernachlässigbar wird. In einem solchen Pail ist das Schwellenpotential an der Anode der Batterie 5 (der Basis des Transistors T7) das gleiche wie das Ladepotential am oberen Ende des Potentiometers 35· Selbst wenn sich der Kondensator 57 vollständig auflädt, kann das Potential am Emitter des Transistors T7 das Potential an seiner Basis nicht übersteigen; die Transistoren T7 und T8 bleiben nichtleitend, und es werden an der Elektrode El keine Impulse mehr erzeugt. Selbst wenn die Batterie 7 aus zwei getrennten 1,35 V-Batterien besteht und nicht aus einer einzigen 2,70 V-Batterie, kann das Versagen einer der beiden Batterien die Impulswiederholungsrate auf ein gefährliches Niveau absinken lassen. Da das wirksame Potential, auf welches sich der Kondensator auflädt, nur halb so hoch über dem Schwellenwert liegt als vor dem Versagen der Batterie, ist es offensichtlich, daß eine viel längere Zeit benötigt wird, bis sich der Kondensator 57 auf einen Wert auflädt, der ausreicht, damit der Transistor T7 leitend wird.

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Es wird andererseits angenommen, daß eine der Batterien 3 und 5 versagt. In einem solchen Pail sinken sowohl das Schwellenpotential als auch das Ladepotential ab. Da jedoch die Batterie 7 immer noch arbeitet, ist der Prozentsatz der Veränderung des Ladepotentials weit geringer als der Prozentsatz der Veränderung im Schwellenwert. Der Kondensator 57 braucht viel weniger Zeit, um sich auf einen Wert aufzuladen, bei dem das Emitterpotential des Transistors T7 um einen solchen Betrag größer ist als das Basispotential, daß J| dieser ausreicht, um den Transistor leitend zu machen. In einem solchen Fall kann sich eine bedeutende Steigerung der Schrittmacherwiederholungsrate einstellen. Und wenn sich ein Versagen von zwei der drei Batterien zwischen der Basis des Transistors T7 und der Leitung 9 ergibt (unter der Annahme, daß die Batterie 5 in Wirklichkeit aus zwei 1,35 V-Batterien besteht), kann die Schrittmacherwiederholungsrate auf ein für den Patienten sehr gefährliches Niveau ansteigen.

Das Problem mit einer Batterieanordnung wie der in Fig. 1 gezeigten besteht darin, daß ein Versagen irgendeiner einzelnen Batterie (und mit Sicherheit ein Versagen von zwei Batterien) kritisch sein kann. Die Schaltung besitzt keine Re- % dundanz - die noch arbeitenden Batterien können nicht für die versagenden Batterien einspringen.

Der in Fig. 3 gezeigte Schrittmacher (von dem nur der ganz rechts liegende Abschnitt gezeigt ist, da der Rest der Schaltung der gleiche ist wie in Fig. 1) weist die folgenden Veränderungen auf (die Verwendung von zwei Batterien 6, 7 anstatt nur einer Batterie und die Verwendung von zwei Batterien 4,5 anstatt nur einer Batterie stellt insofern keine Veränderung dar, als der in Fig. 1 gezeigte Schrittmacher bei einer tatsächlichen Ausführungsform normalerweise überall, v/o

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eine 2,70 V-Batterie benötigt wird, jeweils ein Paar von 1,35 V-Batterien aufweisen würde):

1) Die leitung 14 (die in Pig. I nicht bezeichnet ist) ist immer noch mit dem Verbindungspunkt der Batterien 5 und 7 verbunden, jedoch nicht mit der Basis des Transistors T7.

2) Die fünf hintereinandergeschalteten Batterien sind mit der die Dioden 8 und 10 und den Widerstand 12 aufweisenden Reihenschaltung in Brücke geschaltet, wobei die Basis des Transistors T7 mit der Verbindungsstelle der Diode und des Widerstandes 12 verbunden ist.

Bevor der Betrieb der ladeschaltung beschrieben wird, ist zu beachten, daß das Potential der Leitung 13 immer noch durch Abgreifen der Spannung am Verbindungspunkt der Batterien 3 und 4 erhalten wird, und das Potential der Leitung 14 wird immer noch durch Abgreifen der Spannung am Verbindungspunkt der Batterien 5 und 7 erhalten. Es ist natürlich möglich, Potentiale für diese beiden Leitungen mit Hilfe von zusätzlichen Diodenverbindungen zu erhalten. Batterieausfälle haben jedoch keinen ernstzunehmenden Einfluß auf andere Schaltkreise, sondern nur auf die Zeitschaltung (einschließlich der Transistoren T7 und T8), und aus diesem Grund ist es nicht notwendig, Diodenkreise zum Erhalt der anderen Vorspannungswerte vorzusehen. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Batterie 3 ausfällt. In einem solchen Fall besteht keine Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 9 und 13, der Transistor Tl ist nicht in den leitenden Zustand vorgespannt und wird daher nicht in ordnungsgemäßer Weise als Folge jedes nachgewiesenen Herzschlags stromleitend. Der Nutzeffekt eines nichtleitenden Transistors Tl besteht je-

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doch darin, daß kein Impuls übertragen wird über den Kondensator 53 zur Basis des Transistors T6. Dies ist das gleiche wie ein Kurzschließen der Basis des Transistors T6 über einen geschlossenen Schalter S zur Leitung 9 - der Transistor T6 leitet nicht zum Zweck der Entladung des Kondensators 57, und der Schrittmacher arbeitet in der kontinuierlichen Betriebsweise. Obwohl die Bedarfsbetriebsweise im allgemeinen vorgezogen wird, ist eine kontinuierliche Betriebsweise nicht gefährlich. Selbst wenn zwei der drei Batterien 3, 4 und 5 ausfallen und das Potential auf der Leitung 14 m

nicht ausreicht zur Steuerung der beiden Transistoren T4 oder T5 in den Leitungszustand, besteht die einzige Wirkung der Batterieausfälle wiederum darin, daß der Transistor T6 bei Auftreten eines Herzschlags nicht leitend wird.

Es ist zu beachten, daß die in Figo 3 gezeigte Schaltung auch den kompletten Schaltplan eines mit einer festgelegten Impulswiederholungsrate arbeitenden Schrittmachers darstellt. Die sechs nach links verlaufenden Leiter können einfach weggelassen werden. Tn gleicher Weise kann der Transistor T6 (zusammen mit dem Widerstand 55) weggelassen werden, da sie bei einer Betriebsweise mit einer vorbestimmten Impulswie- jk derholungsrate keine Funktion ausüben. In einem derartigen ^ Fall sind überhaupt keine Batterieäbzweigungen vorgesehen, und alle Batterien sind einander insofern völlig äquivalent, als ein Wechsel in irgendeiner Batterie die gleiche Wirkung auf den Betrieb des Schrittmachers hat wie der gleiche Wechsel in irgendeiner anderen Batterie.

Die Gefahr bei der Schaltung von Mg. 1 besteht darin, daß das Verhältnis des Ladepotentials (am oberen Ende des Potentiometers 35) zum Schwellenpotential (an der Basis des Tran-

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sistors T7) sich in beträchtlichem Maß verändern kann, wenn auch nur eine Batterie ausfällt. Ein Ausfall einer der beiden 1>35 V-Batterien, aus welchen die Batterie 7 von Pig. I besteht, kann bewirken, daß die Impulswiederholungsrate bedeutend verringert wird, und ein Versagen beider Batterien bewirkt, daß die Impulsgabe vollständig aufhört. Ein Versagen einer oder mehrerer der Batterien, die zwischen die Basis des TransistorsT7 und die Leitung 9 geschaltet sind, kann ein Ansteigen der Impulswiederholungsrate auf ein gefährliches Niveau bewirken. (Diese Anmerkungen treffen sowohl auf die kontinuierliche als auch auf die Bedarfsbetriebsweise zu; die den Kondensator 57 enthaltende Zeitschaltung ist in beiden Fällen in Betrieb.)

In der Schaltung von Figo 3 bewirkt jedes Batterieversagen ein Ansteigen der Impulswiederholungsrate; die Gefahr einer sich verringernden Wiederholungsrate ist nicht gegeben. Außerdem bewirkt ein Versagen von selbst drei der fünf Batterien nur einen Anstieg der Impulswiederholungsrate von etwa 33 i°*

Fig. 4 zeigt die Batterieanordnung von Fig, 3 noch deutlicher. Das Ladepotential V-, ist gleich der Summe der Potentiale der fünf Batterien. Das Schwellenpotential V₂ wird bestimmt durch den Spannungsabfall am Widerstand 12. Strom fließt von den Batterien durch die beiden Dioden und den Widerstand. (Die Anzahl der in einem Herzschrittmacher verwendeten Dioden hängt von der gewünschten Differenz zwischen dem Ladepotential und dem Schwellenpotential ab.) Wenn man annimmt, daß sich an jeder Diode ein im wesentlichen konstanter Spannungsabfall von 0,3 V ergibt, so ist offensichtlich, daß das Schwellenpotential V₂ = V₁ - 0,60 ist. Selbst wenn eine oder mehrere Batterien versagen, während sowohl V-^ als auch Vp sich verringern, differieren die beiden Potentiale immer um 0,60 V voneinander.

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Der Ladestrom für den Kondensator 57 fließt durch die Potentiometer 35 und 37 und die Widerstände 61 und 63. Wenn man annimmt, daß der Gesamtwiderstand R und die Größe des Kondensators C ist, so ist die Ladezeitkonstante RC. Unter der weiteren Annahme, daß die Spannungsgefälle an den Widerständen 61 und 63 und den Transistoren T7 und T8 klein sind, ■wenn die Transistoren leiten, so daß der Kondensator 57 während jedes Ladezyklus von Erde nach Y-, auflädt, so ist es offensichtlich, daß die Spannung V am Kondensator als Funktion der Zeit vom Beginn jedes Ladezyklus durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

V = V₁(I - e-^t/RC). (1)

Unter der weiteren Annahme, daß die Transistoren T7 und T8 in den Leitungszustand gesteuert werden, wenn das Potential am Emitter des Transistors T7 gleich dem Schwellenpotential Yp an seiner Basis ist, so wird ein Impuls erzeugt, wenn

V₂ = T₁(I - β"¹/»⁰) (2)

ist, wobei T die Zeitperiode für den Ladekreis ist. Bei Jj

einer genügend kleinen Impulsbreite ist T = l/f, wobei f die Iaipulswiederholungsrate ist. Wenn man in Gleichung (2) T durch l/f ersetzt, so kann gezeigt werden, daß

f = -1/(RO)In(I - V₂A₁) (3)

ist, und da Y₂ = V₁ - 0,60 ist, variiert Vp, wenn V₁ variiert (da die Batterien altern und schließlich ausfallen). Die Frequenz des Generators ändert sich mit dem Gesamtpotential V₁ wie folgt:

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V-. - 0,60
f = -1/(RC)In(I - -^y ). (4)

Anfänglich ist V-, = 5(1,35) = 6,75 V, und die Nennfrequenz f_o ist

f₀ = -1/(RC)In(I - )_{t (5)}

Die normalisierte Impulsfrequenz F^, d. h. das Verhältnis der Istfrequenz zur Fennfrequenz, ist daher F^ = f/f_Q oder

In(I - V₁ -0,60

Fjj ist in Fig. 5 als Funktion von Y-,/6,75 aufgetragen und nicht als Funktion von V₁. Dadurch kann der prozentuale Frequenzanstieg für jedes Verhältnis des Istwertes von Y-. zum Anfangswert (6,75) bestimmt werden. Wenn beispielsweise das Ladepotential (V-, ) auf 90 & seines Anfangswertes abfällt, da F« auf ungefähr 1,04 ansteigt, so hat man nur einen Frequenzanstieg von 4 #.

Es wird angenommen, daß eine Batterie ausfällt, so daß V, von 6,75 V auf 5,40 Y abfällt, in einem solchen Fall ergibt sich ein Frequenzanstieg von etwa nur 10 #. Wenn zwei Batterien ausfallen und V₁ von 6,75 V auf 4,05 V abfällt, steigt die Frequenz um nur ungefähr 28 # an. Und wenn drei der fünf Batterien ausfallen und V₁ von 6,75 V auf 2,70 V abfällt, steigt die Frequenz um etwa 60 $> an.

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In Wirklichkeit sind sowohl die letzten drei Beispiele als auch die graphische Darstellung von Fig. 5 rein theoretisch. Bei einer realisierten Ausführungsform der Erfindung hat sieh gezeigt, daß bei Ausfall einer Batterie die Frequenz um 10 #, bei Ausfall von zwei Batterien um 20 $ und bei Ausfall von drei Batterien um nur 33 Ί» ansteigt. Die Diskrepanz zwischen den theoretischen und tatsächlichen Werten resultiert aus der Tatsache, daß die theoretische Analyse die Spannungsgefälle an den !Transistoren T7 und T8 und den Widerständen 61 und 63 vernachlässigte. Außerdem wurde bei der theoretischen Analyse angenommen, daß die Transistoren in ihren Leitungszustand gesteuert werden, wenn das Potential J am Emitter des Transistors T7 gleich dem Potential an seiner Basis ist. Tatsächlich ist es erforderlich, daß das Emitterpotential geringfügig größer ist als das Basispotential, bevor der Transistor leitend wird. Die in der Praxis erhaltenen Ergebnisse sind sogar noch besser als die theoretischen der Ausfall von drei der fünf Batterien hat ein Ansteigen der Frequenz von nur 33 # zur Folge,

Einer der Vorteile der Schaltung von Fig. 3 besteht darin, daß sich die Frequenz in nur einer Richtung ändert. Kein Batterieausfall (oder der Ausfall mehrerer Batterien) kann ein Absinken der Frequenz bewirken; Batterieausfälle haben | nur einen Anstieg der Impulswiederholungsrate zur Folge. %

Durch Überwachung des Patienten kann der Arzt den Zustand der Batterien bestimmen. Wenn die Impulswiederholungsrate beispielsweise um 20 $> angestiegen ist, so wird der Arzt von dieser Tatsache unterrichtet, daß zwei der fünf Batterien ausgefallen sind oder daß die gesamte von den Batterien gelieferte Energie um 40 i» verringert worden ist infolge von

teilweisen Potentialabfällen in einer Anzahl von Batterien. Auf diese Weise wird der Arzt rechtzeitig davon unterrichtet, daß Berichtigungen vorgenommen werden müssen.

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Der Hauptvorteil eines gemäß der Erfindung konstruierten Herzschrittmachers besteht darin, daß es nicht kritisch ist, daß irgendeine bestimmte Batterie ordnungsgemäß arbeitet. (Es ist zwar beispielsweise möglich, daß der Ausfall der Batterie 3 ein Umschalten des Schrittmachers von der Bedarfsbetriebsweise in die kontinuierliche Betriebsweise bewirkt, dies ist jedoch kein gefährlicher Zustand.) Das ergibt sich daraus, daß das Schwellenpotential Y« von allen fünf hintereinandergeschalteten Batterien abgeleitet wird. Das Schwellenpotential ist gleich dem gesamten (Lade-) Potential abzüglich einem vorbestimmten Spannungsabfall (0,60 V in der hier gezeigten Ausführungsform der Erfindung). Das System ist redundant insofern, als selbst bei Ausfall von drei Batterien genügend Batterien verbleiben, die Reizimpulse mit einer ungefährlichen Impulswiederholungsrate liefern. (Wenn vier der fünf Batterien ausfallen, so hört die Impulserzeugung auf. Eine übermäßig hohe IMpulswiederholungsrate ist für den Patienten gefährlicher, als wenn die Erzeugung von Impulsen vollständig aufhört.) Bei einem gemäß der Erfindung konstruierten Herzschrittmacher sind Ausfälle von einer oder sogar mehreren Batterien nicht gefährlich, insoweit die Iiipulswiederholungsrate betroffen ist.

Die Zeitschaltung kann beispielsweise auch einen Lade-Entladekondensator enthalten, dessen Entladung von einem maximalen Niveau auf das Schwellenpotential die Iiipulswiederholungsrate bestimmt, wobei ein Abfall der Kondensatorspannung auf das Schwellenpotential eine Umkehr vom Entladein den Ladezustand bewirkt.

Patentansprüche;

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Claims

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Pat ent an Sprüche

( 1.)Herzschrittmacher, gekennzeichnet d u r ch Elektroden (El, E2) zur Verbindung mit dem Herzen eines Patienten, einen Impulskreis zur Lieferung eines elektrischen Reizimpulses an die genannten Elektroden und eine Zeitschaltung zur Steuerung des Betriebs der Impulsschaltung, wobei die genannte Zeittaktschaltung ein Lade-Entlade-Element, das sich zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert auflädt bzw. entlädt, eine erste und eine zweite Spannungsquelle sowie Mittel aufweist zur Steuerung einer Umkehr des Ladevorganges bzw. des Entladevorganges des genannten Elements, wenn dessen Potential einen Schwellenwert erreicht, wobei der genannte Maximalwert bzw. der Schwellenwert dem Wert der ersten Spannungsquelle bzw. dem der zweiten Spannungsquelle proportional sind, eine Vielzahl von hintereinandergeschalteten Batterien (3> 4, 5, 6, 7) zur Ableitung der genannten ersten Spannungsquelle, wobei der Wert der ersten Spannungsquelle sich mit den Spannungswerten der genannten hintereinandergeschalteten Batterien verändert, und durch Mittel zum Ableiten der genannten zweiten Spannungsquelle von den genannten hintereinandergeschalteten Batterien, wobei die zweite Spannungsquelle einen Wert hat, der gleich dem Wert der ersten Spannungsquelle abzüglich einem vorbestimmten Spannungsabfall ist.
2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch geken.η ze lehnet , daß die Mittel zum Ableiten der zweiten Spannungsquelle Dioden (8, 10) und einen Widerstand (12) aufweisen, die parallel zu den hintereinandergeschalteten Batterien miteinander in Reihe geschaltet sind.
3. Schrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die z.weite Spannungs quelle

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am Verbindungspunkt der Dioden (8, 10) und des Widerstandes (12) liegt, wobei die Dioden zwischen die erste und die zweite Spannungsquelle geschaltet sind.
4. Schrittmacher nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Lade-Entlade-Element ein Kondensator (57) ist und daß das genannte Umkehrsteuermittel den genannten Kondensator von Aufladen auf Entladen umsteuert, wenn das Potential des Kondensators während des Aufladens auf den genannten Schwellenwert ansteigt.
5. Sehrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitschaltung Impedanzmittel aufweist, die mit dem Kondensator quer zu den hintereinandergeschalteten Batterien in Reihe liegen, und daß die Umschaltsteuermittel einen Transistor aufweisen, dessen erste Klemme mit dem genannten Kondensator und dessen zweite Klemme mit der genannten zweiten Spannungequelle verbunden sind.
6. Herzschrittmacher, gekennzeichnet durch Elektroden zur Verbindung mit dem Herzen eines Patienten, einen Iepulskreis zur Lieferung eines elektrischen Reizimpulses an die genannten Elektroden und eine Zeitschaltung zur Steuerung des Betriebs des Impulskreises, wobei die genannte Zeitschaltung ein lade-Entlade-Element, das sich zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert auflädt bzw. entlädt, eine erste und eine zweite Spannungsquelle sowie Mittel aufweist zur Steuerung einer Umkehr des Ladevorganges bzw. des Entladevorganges des genannten Elements, wenn dessen Potential einen Schwellenwert erreicht, Mittel zur Steuerung des genannten Maximalwertes und des Schwellenwertes, so daß sie den Werten der genannten ersten bzw. der zweiten Spannungsquelle proportional sind, eine Vielzahl von hiatereinandergeschalteten Batterien «ur Ableitung der genannten ersten Spannungequelle, wobei der Wert der ersten

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Spannungsquelle sich mit den Spannungswerten der genannten hintereinandergeschalteten Batterien verändert, durch über die beiden Enden der hintereinandergeschalteten Batterien verbundene Mittel zum Ableiten der genannten zweiten Spannungsquelle von sämtlichen Batterien, so daß eine Verringerung des Potentials einer der genannten Vielzahl von Batterien einen proportionalen Abfall des Wertes der ersten und zweiten Spannungsquelle bewirkt.
7. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sämtliche Batterien einander Δ insofern vollständig gleich sind, als eine Veränderung in einer der Batterien die gleiche Wirkung auf den Betrieb des Schrittmachers hat wie die gleiche Veränderung in einer der anderen Batterien.

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